CC BY
20
Р01: 10.21870/0131 -3878-2022-31 -2-36-47 УДК 621.039:504.055
Оценка радиационной обстановки в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР» до начала эксплуатации ИЯУ МБИР. Часть 1. Наземные экосистемы
Панов А.В., Исамов Н.Н., Кузнецов В.К., Цыгвинцев П.Н., Гешель И.В.
ФГБНУ ВНИИ радиологии и агроэкологии, Обнинск
Представлен анализ результатов радиационного обследования наземных (природных и аграрных) экосистем в 30-км зоне вокруг АО «ГНЦ - Научно-исследовательский институт атомных реакторов» (АО «ГНЦ НИИАР») до ввода в эксплуатацию многоцелевого реактора на быстрых нейтронах (ИЯУ МБИР). Показано, что за счёт многолетних выбросов в результате работы АО «ГНЦ НИИАР» произошло поступление в окружающую среду преимущественно 137Cs, однако большая часть активности радионуклида не вышла за границы санитарно-защитной зоны предприятия. Так, в 2011 г. средняя плотность загрязнения 137Cs почвы в санитарно-защитной зоне (0-5 км) составила 11,1+6,5, в зоне наблюдения (5-12,5 км) - 3,1+2,3, в зоне влияния (12,5-30 км) - 1,3+0,4 кБк/м2. Соотношение 137Cs/90Sr в почвенном покрове санитарно-защит-ной зоны максимально - 24,5+19,4, в зоне наблюдения - 8,2+6,8, в зоне влияния близко к уровню глобальных выпадений - 2,0+0,5. В лесных и луговых ценозах более 90% 137Cs депонируется в 0-5 сантиметровом слое почвы, на заболоченных участках на глубине до 20 см. Максимальное накопление 137Cs в компонентах экосистем отмечено в растительности сани-тарно-защитной зоны АО «ГНЦ НИИАР» и, в большей степени, в опаде леса. Показано, что в санитарно-защитной зоне в результате сбросов технологических вод в начальный период работы предприятия сформировался участок локального радиоактивного загрязнения площадью 0,12 км2 с повышенными активностями в грунтах 137Cs, 90Sr и 239,240Pu. За последние 15 лет (2005-2020 гг.) в зонах наблюдения и влияния АО «ГНЦ НИИАР» плотности загрязнения 137Cs и 90Sr почвенного покрова снижаются в соответствии с законами распада радионуклидов, что говорит об отсутствии значимых выбросов института. Содержание техногенных радионуклидов в сельскохозяйственной и пищевой продукции местного производства полностью отвечает установленным радиологическим стандартам с большими коэффициентами запаса и не оказывает значимого влияния на дополнительное облучение населения района размещения АО «ГНЦ НИИАР». Для оценки воздействия на окружающую среду деятельности института и анализа радиационной безопасности ИЯУ МБИР после ввода реактора в эксплуатацию дан прогноз до 2080 г. уровней загрязнения 137Cs и 90Sr почв наземных экосистем в пределах 30 км вокруг АО «ГНЦ НИИАР».
Ключевые слова: радиационная безопасность, радиационное обследование, природные экосистемы, аграрные экосистемы, естественные и техногенные радионуклиды, почва, растения, плотность загрязнения, сельскохозяйственная продукция.
Введение
Перспективы развития атомной энергетики определяются как решением вопросов обеспечения радиационной безопасности АЭС, так и созданием новых технологий, направленных на замыкание ядерного топливного цикла [1]. Разработка инновационных реакторов на быстрых нейтронах и их совместная работа с широко используемыми тепловыми энергоблоками позволит добиться в атомной энергетике «радиационной эквивалентности», т.е. снижения образования высокотоксичных радиоактивных отходов, а также решить будущую проблему обеспечения АЭС урановым топливом и последовательно утилизировать накопленные ядерные материалы военного назначения [2]. Для достижения этих важнейших экологических целей ведётся активная работа в нескольких направлениях. Уже созданы и успешно эксплуатируются на Белоярской АЭС
Панов А.В.* - гл. науч. сотр., д.б.н., проф. РАН; Исамов Н.Н. - вед. науч. сотр., к.б.н.; Кузнецов В.К. - гл. науч. сотр., д.б.н.; Цыгвинцев П.Н. - вед. науч. сотр., к.б.н.; Гешель И.В. - науч. сотр. ФГБНУ ВНИИРАЭ.
•Контакты: 249032, Калужская обл., Обнинск, Киевское шоссе, 109-й км. Тел. (484) 399-69-59; e-mail: riar@mail.ru.
промышленные реакторы на быстрых нейтронах (БН-600 и БН-800) [3]. На БН-800 к настоящему времени отработана технология использования уран-плутониевого МОКС-топлива. Вблизи Сибирского химического комбината (СХК) строится опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК) с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300, предприятием по фабрикации и переработки ядерного топлива [2]. На ОДЭК будет отрабатываться технология полного замыкания ядерного топливного цикла. На территории Научно-исследовательского института атомных реакторов (АО «ГНЦ НИИАР») возводится многоцелевой исследовательский ядерный реактор на быстрых нейтронах (ИЯУ МБИР), который является на сегодня самым крупным в мире. На нём планируются международные научные исследования по разработке и испытаниям новых видов материалов, топлива, радиоизотопов и теплоносителей для обоснования двухкомпонентной атомной энергетики также с целью замыкания ядерного топливного цикла [4, 5]. В 2021 г. начата активная фаза строительно-монтажных работ ИЯУ МБИР, а начало эксплуатации реактора запланировано на 2028 г.
Согласно основополагающим международным документам в области обеспечения радиационной безопасности [6], при эксплуатации существующих и строительстве новых радиационно-опасных объектов необходимо доказать отсутствие их негативного влияния на человека и окружающую среду. В районе расположения Белоярской АЭС с наиболее крупным в мире промышленным реактором на быстрых нейтронах БН-800 проведены радиоэкологические исследования такого рода для наземных природных [7] и аграрных экосистем [8]. Мониторинг радиационной обстановки в 30-км зоне вокруг атомной станции до и после начала промышленной эксплуатации БН-800 показал отсутствие значимого влияния нового реактора на поступление техногенных радионуклидов (прежде всего 908г, и 239+24°^) в окружающую среду и их накопление в почве, растительности, сельскохозяйственной и пищевой продукции. В районе размещения СХК, где ведётся строительство ОДЭК, также проведено радиоэкологическое обследование природных [9] и аграрных [10] экосистем на уровне техногенного фона. Это позволило оценить многолетнее влияние СХК на радиационную обстановку в регионе размещения БРЕСТ-ОД-300 до начала работы нового реактора.
АО «ГНЦ НИИАР» является одним из старейших в России институтов (работает с 1956 г.), стоявшим у истоков создания атомной отрасли в стране. На базе построенных в АО «ГНЦ НИИАР» в разные годы исследовательских реакторов: СМ (запущен в 1961 г.), ВК-50 (1965 г.), МИР (1966 г.), БОР-60 (1969 г.), РБТ-6 (1975 г.), РБТ-10 (1984 г.) проводятся фундаментальные и прикладные исследования по ядерным технологиям для всех типов, используемых в России промышленных энергоблоков АЭС [11]. Так, исследования на реакторе БОР-60 с натриевым теплоносителем стали научной базой для создания реакторов на быстрых нейтронах типа БН и МБИР [12]. Деятельность АО «ГНЦ НИИАР» сопровождается строго регламентированными выбросами радионуклидов, включающих инертные радиоактивные газы, альфа- и бета-излучающие аэрозоли (в большей степени 1370э, 9^г и 239'240Pu), а также сбросами радиоизотопов в гидрографическую сеть [11]. Начатое строительство ИЯУ МБИР на площадке АО «ГНЦ НИИАР» ставит задачу комплексно проанализировать многолетнее воздействие выбросов и сбросов института на окружающую среду. Данные по сформировавшемуся техногенному фону в наземных и водных экосистемах в районе размещения АО «ГНЦ НИИАР» станут основой для дальнейшей сравнительной оценки влияния ИЯУ МБИР на человека и биоту.
Целью данной работы является радиоэкологическая оценка состояния наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР» перед началом эксплуатации ИЯУ МБИР.
Материалы и методы
Анализ радиоэкологической обстановки в природных наземных и аграрных экосистемах района размещения АО «ГНЦ НИИАР» проводили на основе обобщения собственных результатов радиационного обследования 30-км зоны вокруг предприятия в 2011 г., многолетних данных мониторинга Росгидромета вблизи радиационно-опасного объекта [13], годовых отчётов по экологической безопасности института [11] и других научных исследований [14].
АО «ГНЦ НИИАР» расположено в 5,5 км от г. Димитровград (Ульяновская область) и в 5 км от Черемшанского залива Куйбышевского водохранилища р. Волга. Санитарно-защитная зона (СЗЗ) предприятия представляет собой многоугольник с варьированием границ от основного источника выбросов радионуклидов в атмосферу (труба единого вентиляционного центра) в пределах 2,65-4,97 км. Площадь СЗЗ института составляет 35 км2. Зона наблюдения (ЗН) является круговой с радиусом 12,5 км [11]. Вся территория наземных экосистем СЗЗ и большей части ЗН покрыта лесом. Сельскохозяйственное производство частично ведётся в ЗН в западном и юго-восточном направлениях. При проведении радиационного обследования пробы компонентов наземных экосистем (почва, сопряжённая с растительностью) отбирали в СЗЗ, ЗН, а также зоне влияния (ЗВ), т.е. возможного воздействия института на окружающую среду в пределах 30-км вокруг предприятия (рис. 1). Все точки отбора проб выбирали с учётом «розы» ветров на разном расстоянии и направлениях от АО «ГНЦ НИИАР» так, чтобы на доминирующих типах почв были представлены основные природные и аграрные экосистемы (табл. 1). Количество точек пробоот-бора и их размещение являлось достаточным для пространственной характеристики уровней содержания радионуклидов в почвенно-растительном покрове района расположения радиационно-опасного объекта [15, 16]. Таким образом, обеспечена оценка максимально возможного воздействия АО «ГНЦ НИИАР» на наземные экосистемы. В природных экосистемах и на целинных участках агроэкосистем отбирали верхний слой почвы глубиной 0-10 см, на пашне пахотный горизонт глубиной 0-20 см. Для оценки вертикальной миграции техногенных радионуклидов на представительных участках природных экосистем СЗЗ и ЗН пробы почвы отбирали послойно на глубину до 30 см.
Рис. 1. Карта-схема точек пробоотбора наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР»: А - в санитарно-защитной зоне, Б - в зоне наблюдения (12,5 км) и
зоне влияния (30 км).
Таблица 1
Количество точек отбора проб наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР»
Тип Санитарно-защитная Зона наблюдения Зона влияния
экосистемы зона (0-5,0 км) (5,0-12,5 км) (12,5-30,0 км)
Природные
Лес 8 4 -
Болото 1 - -
Луг - 1 -
Аграрные
Пашня - 4 9
Пастбище - 1 5
Залежь - - 1
Всего 9 10 15
Одновременно с отбором проб почвы и растительности на контрольных участках измеряли мощность амбиентного эквивалента дозы (МАЭД) и определяли географические координаты. Подготовку образцов почвы, растительности и сельскохозяйственной продукции к анализу на содержание природных (40K, 226Ra, 232Th) и техногенных (90Sr, 137Cs) радионуклидов и измерения проводили в лаборатории радиационного контроля ФГБНУ ВНИИРАЭ. Гамма-излучающие радионуклиды определяли на спектрометре ГАММА-1П с двумя измерительными трактами с полупроводниковыми детекторами из особо чистого германия («ЛСРМ», Россия, «EG&G ORTEC», США) и многоканальном гамма-спектрометре CANBERRA («Canberra Industries, Inc.», США). 90Sr из проб выделяли радиохимическим способом. Активность препаратов измеряли на низкофоновом альфа-бета радиометре с кремниевым детектором УМФ-2000 (НПП «Доза», Россия). Относительная погрешность измерений активности радионуклидов составляла 6-15% в зависимости от типа прибора и метода измерения. Расчёт количественного содержания радионуклидов в почве, растительности и зерне проводили на сухую массу, в грибах - на сырой вес. Используемые средства измерений и методики обеспечивали достоверное определение содержания радионуклидов в почве и растениях на уровне значений регионального фона. Статистическая обработка полученных данных заключалась в определении среднего арифметического выборок данных, стандартного отклонения, среднего геометрического, минимальных и максимальных значений.
Результаты
Анализ данных радиационного обследования наземных экосистем в 30-км зоне вокруг АО «ГНЦ НИИАР» показал, что средняя удельная активность в почве основных природных радионуклидов (40K, 226Ra и 232Th) на 25-35% ниже, чем аналогичные показатели, представленные в публикации НКДАР ООН [17] для территории России (табл. 2). МАЭД в точках пробоотбора была также значительно меньше верхней границы природного радиационного фона (0,3 мкЗв/ч). Так, в 2011 г. МАЭД варьировала на исследуемой территории в диапазоне 0,06-0,13 мкЗв/ч и по выделенным зонам вокруг радиационно-опасного объекта значимо не отличалась. В СЗЗ МАЭД составляла 0,10+0,02; в ЗН - 0,09+0,01; в ЗВ - 0,11+0,01 мкЗв/ч. По многолетним (2002-2020 гг.) наблюдениям Росгидромета [13] показатель МАЭД в населённых пунктах ЗН и ЗВ АО «ГНЦ НИИАР» был стабилен, варьируя в пределах 0,10-0,13 мкЗв/ч, т.е. близок к результатам обследования 2011 г. За последние 12 лет максимальные уровни МАЭД отмечены на уровне 0,18 мкЗв/ч лишь в ЗН предприятия [11].
Таблица 2
Удельная активность природных радионуклидов в почве наземных экосистем района расположения АО «ГНЦ НИИАР», Бк/кг
Радионуклид Среднее Станд. откл. Геом. сред. Мин. Макс. Число проб
40К 387 152 348 108 615 34
по данным [17] 520 - - 100 1400 -
226Рв 17 6 16 6 44 34
по данным [17] 27 - - 1 76 -
232Т11 19 10 16 3 39 34
по данным [17] 30 - - 2 79 -
Оценка содержания в почве района размещения АО «ГНЦ НИИАР» основных радиологи-чески значимых техногенных радионуклидов показала различный характер их поступления в наземные экосистемы за 40 лет работы предприятия. Так, плотность загрязнения 9^г почвенного покрова в пределах 30 км от института практически не меняется, находясь в среднем на уровне 0,6-1,0 кБк/м2 (табл. 3). В то же время, плотности загрязнения почв наземных экосистем по выделенным зонам варьируют в достаточно широких пределах. Снижение уровней загрязнения 137^ почвенного покрова наблюдается в ряду СЗЗ>ЗН>ЗВ в соотношении 8,5:3,6:1,0. Для 90Бг этот показатель значительно меньше: 1,7:1,3:1,0. Соотношение ^Сб/9^ в почве наземных экосистем по выделенным зонам изменяется в среднем на порядок, составляя для СЗЗ - 24,5+19,4; ЗН - 8,2+6,8. В ЗВ это отношение минимально - 2,0+0,5 и близко к уровню глобальных радиоактивных выпадений (1,6). Таким образом, роль АО «ГНЦ НИИАР» в загрязнении наземных экосистем радиоизотопом стронция не существенна. При этом за счёт многолетних выбросов аэрозолей в результате работы шести исследовательских реакторов предприятия произошло поступление в окружающую среду 137^. Однако большая часть активности радионуклида депонирована в пределах СЗЗ института, которая характеризуется пятнистостью загрязнения. Даже участок наземной экосистемы в СЗЗ с максимальной плотностью загрязнения почвы 137^ (32 кБк/м2) нельзя классифицировать как радиоактивно загрязнённый (критерий отнесения свыше 37 кБк/м2).
Таблица 3
Характеристика поверхностного загрязнения техногенными радионуклидами почв наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР» в 2011 г.
Радионуклид Зона Среднее Станд. откл. Геом. сред. Мин. Макс. Число проб
Уд ельная активность, Бк/кг
137СБ СЗЗ ЗН ЗВ 85,7 23,7 10,3 50.4 17.5 3,2 66,8 15,4 9,5 26,8 5,1 4,4 246,4 73.1 21.2 9 10 15
90Эг СЗЗ ЗН ЗВ 7,7 6,0 4,9 4,7 2,2 1,0 5,8 5,6 4,8 2,0 2,9 4,1 23,3 8,9 6,4 7 5 3
Плотность загрязнения, кБк/м2
137СБ СЗЗ ЗН ЗВ 11,1 3,1 1,3 6,5 2,3 0,4 8,7 2,0 1,2 3,5 0,7 0,6 32,0 9,5 2,8 9 10 15
90Эг СЗЗ ЗН ЗВ 1,0 0,8 0,6 0,6 0,3 0,1 0,8 0,7 0,6 0,3 0,4 0,5 3,0 1,2 0,8 7 5 3
Необходимо отметить, что в СЗЗ АО «ГНЦ НИИАР» всё же имеется участок локального радиоактивного загрязнения, который сформировался в результате прошлой деятельности предприятия в месте сброса технологических вод по промышленно-ливневой канализации (ПЛК-1). Достаточно высоким уровням радиоактивного загрязнения подверглись грунты вдоль русла ПЛК-1 (площадь 2,6 тыс. м2) и прилегающее к ней болото (120 тыс. м2). Уровень МАЭД на данном участке СЗЗ варьирует в пределах 0,6-6,0 мкЗв/ч. Удельная активность 137^ в почве составляет 6,4-20,0 кБк/кг, 9^г - в пределах 0,05-0,26 кБк/кг, ^а24^ - на уровне 5,3-12,1 кБк/кг [11]. Отбор в ходе радиационного обследования контрольной пробы почвы рядом с ПЛК-1 на глубину 0-10 см подтвердил высокое содержание в ней 137^, которое составило 4,7 кБк/кг. Дополнительно в почве были также идентифицированы и другие техногенные радионуклиды: 134Cs - 23,6 Бк/кг, 60Co - 13,6 Бк/кг, 6^п - 5,2 Бк/кг, 5^п - 20,9 Бк/кг. Образование участка локального радиоактивного загрязнения в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР» не является уникальным. Вследствие несовершенства систем очистки сбросных технологических вод на ранних этапах развития ядерных технологий вблизи ряда радиационно-опасных объектов образовались локальные участки с повышенным уровнем радиоактивности. Примером такого «радиационного наследия» является участок Ольховского болота в СЗЗ Белоярской АЭС с высоким содержанием в грунтах техногенных радионуклидов, которые поступали в составе сбросов при эксплуатации первых реакторов АМБ-100 и АМБ-200 [3]. В настоящее время научно обоснованы критерии по характеристике и реабилитации таких зон локальных радиоактивных загрязнений [18, 19].
Анализ вертикального распределения 137^ в почвенном профиле участков природных экосистем СЗЗ и ЗН показал отличия в закономерностях вертикальной миграции радионуклида. Так, на лесных участках вне зависимости от зоны (рис. 2А и 2В), от 58 до 63% 137^ аккумулировано в верхнем 0-2 см слое почвы, а на глубине 0-5 см депонируется более 90% радионуклида.
■—ь
А
т
50 100 150
Удельная активность, Бк/кг
В
10 20 30 40
Удельная активность, Бк/кг
Рис. 2. Распределение 137^ в почвенном профиле участков природных экосистем в районе
расположения АО «ГНЦ НИИАР»: А - лес в СЗЗ, Б - болото в СЗЗ, В - лес в ЗН, Г - луг в ЗН.
На лугах миграционные процессы идут более активно (рис. 2Г). Здесь основной запас 137Сб содержится в почвенном слое 2-5 см (около 60%), однако, как и на лесных участках, большая часть радионуклида (более 95%) аккумулируется в слое 0-5 см. Это обусловлено формированием в лесных и луговых ценозах мощной дернины с развитой корневой системой. Она способствует удерживанию и накоплению в верхнем слое почвы природных экосистем основного количества техногенных радионуклидов, поступающих с атмосферными выпадениями. На заболоченном участке (рис. 2Б) состав почвы и гидрологический режим способствуют более интенсивной миграции 137^. На глубину до 10 см радионуклид распределяется равномерно и, в отличие от лесных и луговых ценозов, частично мигрирует в более глубокий почвенный горизонт до 20 см.
Сравнение данных обследования наземных экосистем района размещения АО «ГНЦ НИИАР» в 2011 г. (табл. 3) с результатами многолетних наблюдений Росгидромета [13] и самого предприятия [11, 14] показало хорошую сходимость полученных значений (рис. 3). Линейная аппроксимация данных мониторинга плотности загрязнения техногенными радионуклидами почв наземных экосистем показывает, что за последние 15 лет наблюдается стабильное снижение
этого показателя, которое для 137^ идёт точно в соответствии с законом распада радионуклида, а для 90^г близко к нему. Это позволяет сделать вывод, что АО «ГНЦ НИИАР» в ЗН и ЗВ не оказывает значимого влияния на загрязнение техногенными радионуклидами наземных экосистем.
Рис. 3. Динамика плотности загрязнения почв наземных экосистем в зоне влияния АО «ГНЦ НИИАР»: А - 13^, Б - 9^г (по данным [11, 13]).
Учитывая выделенные закономерности, в соответствии с законами распада 137^ и 90Бг, сделан прогноз до 2080 г. динамики уровней загрязнения наземных экосистем радионуклидами всех зон в пределах 30-км вокруг АО «ГНЦ НИИАР» (табл. 4).
Таблица 4
Прогноз минимальных и максимальных плотностей загрязнения техногенными радионуклидами почв наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР», кБк/м2
Зона Год
2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080
137СБ
СЗЗ 3,7-14,3 3,0-11,3 2,4-9,0 1,9-7,1 1,5-5,7 1,2-4,5 0,9-3,6
ЗН 0,6-4,4 0,5-3,5 0,4-2,8 0,3-2,2 0,3-1,7 0,2-1,4 0,2-1,1
ЗВ 0,7-1,4 0,6-1,1 0,5-0,9 0,4-0,7 0,3-0,5 0,2-0,4 0,2-0,3
90Эг
СЗЗ 0,3-1,3 0,3-1,0 0,2-0,8 0,2-0,6 0,1-0,5 0,1-0,4 0,1-0,3
ЗН 0,4-0,9 0,3-0,7 0,3-0,6 0,2-0,4 0,2-0,4 0,1-0,3 0,1-0,2
ЗВ 0,4-0,6 0,3-0,5 0,3-0,4 0,2-0,3 0,2-0,2 0,1-0,2 0,1-0,14
Полученные диапазоны значений плотности загрязнения и 9^г можно использовать как базовые для оценки изменения радиационной обстановки в районе размещения АО «ГНЦ НИИАР» как до, так и после ввода в эксплуатацию ИЯУ МБИР. В случае превышения рассчитанных показателей рекомендуется оценить влияние радиационно-опасного объекта на окружающую среду за счёт газо-аэрозольных выбросов.
При анализе радиационной обстановки в наземных экосистемах, помимо оценки плотностей загрязнения техногенными радионуклидами почвы, важно сравнить накопление радиоизотопов в различных компонентах ценозов, сельскохозяйственной и пищевой продукции. Так, максимальное содержание 137^ отмечено в опаде листьев, а по выделенным зонам - в лесной растительности СЗЗ (рис. 4), что отражает закономерности, представленные выше для почвенного покрова вблизи предприятия.
Опадлеса Папоротник Разнотравье (лес) Разнотравье (луг)
Рис. 4. Содержание 137Сз в компонентах природных наземных экосистем 30-км зоны вокруг АО «ГНЦ НИИАР» (СЗЗ - санитарно-защитная зона, ЗН - зона наблюдения,
ЗВ - зона влияния).
Отличия между лесной растительностью СЗЗ и ЗН по накоплению 137^ составляют, в среднем, для опада листьев - 2,9, папоротника - 2,1, разнотравья - 3,2 раза. Для луговой растительности разница в показателях удельной активности 137^ между ЗН и ЗВ небольшая и не превышает 1,3 раза, что также коррелирует с плотностями загрязнения радионуклидом почвенного покрова. По данным многолетнего (2006-2020 гг.) мониторинга АО «ГНЦ НИИАР» в ЗН и ЗВ среднее содержание 137^ в природной растительности находится на уровне 1,08+0,85 Бк/кг, что близко к результатам, полученным нами при радиационном обследовании в 2011 г. Низкая вариабельность, на длительном временном отрезке, содержания 137^ в растительности, которая является индикатором накопления техногенных радионуклидов, подтверждает стабильность радиационной обстановки в районе размещения АО «ГНЦ НИИАР».
Результаты радиационного контроля пищевой продукции, произведённой в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР», показали, что средняя удельная активность 9^г в ключевом продукте животноводства - коровьем молоке из ЗВ института - составляет 0,13+0,03 Бк/л (при п=4), 1370э - 0,20+0,06 Бк/л. Максимальный уровень содержания 9С^г в молоке более чем в 150 раз меньше действующего норматива СанПиН (25 Бк/л), а по 137^ (норматив 100 Бк/л) эта разница составляет более 300 раз. Результаты радиационного обследования 2011 г. подтверждаются также и данными многолетних наблюдений за содержанием техногенных радионуклидов в молоке района размещения АО «ГНЦ НИИАР». Так, в период 2006-2020 гг. удельная активность 137^ в молоке местного производства составила 0,22+0,20 Бк/л, 90Бг - 0,11+0,06 Бк/л [11], что близко к результатам наших исследований. Данные мониторинга также показывают и низкое содержание техногенных радионуклидов в продукции растениеводства из региона АО «ГНЦ
НИИАР». Например, средняя удельная активность 137^ в зерне за 14-летний период исследований составила 0,57+0,36 Бк/кг, 90Бг - 0,27+0,21 Бк/кг. Это в 65 раз ниже действующего радиологического норматива СанПиН по 137^ (60 Бк/кг). 9^г в продовольственном зерне в действующих СанПиН не нормируется, однако содержание в этой продукции растениеводства данного радионуклида также минимально.
Из природных продуктов питания наиболее радиологически важными для человека являются грибы как максимальные накопители радионуклидов. Пробы данного вида пищевой продукции отбирали в СЗЗ института с целью консервативной оценки максимально возможного влияния грибов на формирование дозы внутреннего облучения населения. Средняя удельная активность 13^ в грибах из СЗЗ АО «ГНЦ НИИАР» составила в 2011 г. 18,6+11,6 Бк/кг (при п=4), что более чем в 15 раз ниже радиологического норматива, установленного в СанПиН (500 Бк/кг). В целом, представленные данные показывают крайне низкое содержание техногенных радионуклидов в сельскохозяйственной и природной пищевой продукции в районе размещения АО «ГНЦ НИИАР» в течение длительного периода наблюдений.
Заключение
Проведённый сравнительный анализ данных радиационного обследования района расположения АО «ГНЦ НИИАР» в 2011 г. и результатов длительных (2002-2020 гг.) наблюдений позволяет сделать ряд радиоэкологических выводов.
1. Многолетняя деятельность АО «ГНЦ НИИАР» не привела к существенному ухудшению радиоэкологической обстановки в районе размещения радиационно-опасного объекта. Средние показатели МАЭД как в ближней зоне предприятия, так и на удалении до 30 км от него находятся на уровнях в 2,5-5,0 раз ниже верхней границы природного радиационного фона (0,3 мкЗв/ч).
2. За счёт газо-аэрозольных выбросов АО «ГНЦ НИИАР» произошло значимое, по сравнению с региональным техногенным фоном, поступление в компоненты наземной экосистемы (почва, растительность) санитарно-защитной зоны института только 137^. В то же время, даже участок с максимальной плотностью загрязнения почвы данным радионуклидом (32 кБк/м2) нельзя отнести к радиоактивно загрязнённому.
3. Отмечено наличие в санитарно-защитной зоне АО «ГНЦ НИИАР» участка локального радиоактивного загрязнения в русле сброса технологических вод в результате прошлой деятельности предприятия. Это требует анализа миграции радионуклидов в пресноводную экосистему Черемшан-ского залива Куйбышевского водохранилища, что является темой отдельного исследования.
4. Показано, что более 90% 137^ в почвенном покрове лесных и луговых экосистем в районе размещения АО «ГНЦ НИИАР» депонируется в верхнем 0-5 см слое. В экосистеме болота радионуклид мигрирует в почве на большую глубину - до 20 см.
5. Содержание 13^ и 90Бг в сельскохозяйственной и природной пищевой продукции, производимой в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР», в десятки и сотни раз ниже действующих радиологических стандартов. Поэтому её потребление не оказывает значимого влияния на дополнительное облучение населения, проживающего в регионе размещения радиационно-опасного объекта.
6. После ввода в эксплуатацию ИЯУ МБИР необходимо продолжение радиоэкологического мониторинга природных и аграрных экосистем с целью оценки воздействия нового реактора на человека и окружающую среду. Рассчитанные прогнозные до 2080 г. значения плотностей загрязнения 137^ и 90^г почвенного покрова 30-км зоны вокруг АО «ГНЦ НИИАР» определяют методическую базу для такого сравнительного анализа.
Литература
1. Alexakhin R.M. Topical environmental problems of nuclear power //Atomic Energy. 2013. V. 114, N 5. P. 301-307. DOI: 10.1007/s10512-013-9715-x.
2. Атомная энергетика нового поколения: радиологическая состоятельность и экологические преимущества /под общ. ред. В.К. Иванова, Е.О. Адамова. М.: Перо, 2019. 379 с.
3. Колтик И.И. Атомные электростанции и радиационная безопасность. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 368 с.
4. Драгунов Ю.Г., Третьяков И.Т., Лопаткин А.В., Романова Н.В., Лукасевич И.Б. Многоцелевой быстрый исследовательский реактор (МБИР) - инновационный инструмент для развития ядерных энерготехнологий //Атомная энергия. 2012. Т. 113, № 1. С. 25-28.
5. Tuzov A.A., Gulevich A.V., Kochetkov L.A., Tret'yakov I.T., Lukasevich I.B., Zvir A.I., Izhutov A.L., Leont'eva-Smirnova M.V., Tselishchev A.V. Potential problems of MBIR in validating new-generation nuclear power facilities and its experimental possibilities //Atomic Energy. 2015. V. 119, N 1. P. 32-36. DOI: 10.1007/s10512-015-0025-3.
6. Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards. IAEA Safety Standards Series No. GSR Part 3. Vienna: IAEA, 2014. 436 p.
7. Panov A.V., Kuznetsov V.K., Isamov N.N., Geshel I.V., Trapeznikov A.V., Korzhavin A.V. Assessment of the influence of BN-800 operation on the radioecological situation in the vicinity of Beloyarsk NPP //Atomic Energy. 2021. V. 129, N 5. P. 297-304. DOI: 10.1007/s10512-021-00751-6.
8. Панов А.В., Трапезников А.В., Кузнецов В.К., Коржавин А.В., Исамов Н.Н., Гешель И.В. Радиаци-онно-экологический мониторинг агроэкосистем в районе Белоярской АЭС //Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332, № 3. С. 146-157. DOI: 10.18799/24131830/2021/3/3110.
9. Карпенко Е.И., Кузнецов В.К., Исамов Н.Н., Соломатин В.М., Томсон А.В., Ратникова Л.И. Радиоэкологическое обследование наземных и водных экосистем в районе размещения АО «СХК» //Радиация и риск. 2019. Т. 28, № 3. C. 63-74. DOI: 10.21870/0131-3878-2019-28-3-63-74.
10. Solomatin V.M., Aleksakhin R.M., Spirin E.V., Sorokin I.B., Zhivago A.I., Ryzhova L.I. Radioecological state of the agrosphere in the 30-km zone of the Siberian Chemical Combine during the pre-startup period of a prototype power complex //Atomic Energy. 2018. V. 124, N 1. P. 50-53. DOI: 10.1007/s10512-018-0373-x.
11. Отчёты по экологической безопасности за 2008-2020 годы. Димитровград: АО «ГНЦ НИИАР», 2008-2020.
12. Zhemkov I.Y., Izhutov A.L., Novoselov A.E., Poglyad N.S., Svyatkin M.N. Experimental research in BOR-60 and analysis of its continuation in MBIR //Atomic Energy. 2014. V. 116, N 5. P. 338-342. DOI: 10.1007/s10512-014-9862-8.
13. Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 2002-2020 годах. Ежегодники, 2004-2021. Обнинск: Росгидромет, ФГБУ «НПО Тайфун», 2004-2021.
14. Шарапова Т.В., Тузов А.А., Теплова Т.Е. Оценка применимости фрактального подхода для описания процессов распространения радионуклидов в почвенном покрове на основании данных радиационно-экологического мониторинга в зоне наблюдения АО «ГНЦ НИИАР» //Радиация и риск. 2021. Т. 30, № 3. С. 46-55. DOI: 10.21870/0131-3878-2021-30-3-46-55.
15. МР 2.6.1.27-2003. Зона наблюдения радиационного объекта. Организация и проведение радиационного контроля окружающей среды: методические рекомендации. М.: Технорматив, 2007. 70 с.
16. МУ 13.5.13-00. Организация государственного радиоэкологического мониторинга агроэкосистем в зоне воздействия радиационно-опасных объектов. М.: Изд-во РАСХН, 2000. 28 с.
17. Sources and Effects of Ionizing Radiation (Report to the General Assembly with Scientific Annexes). Vol. 1 Sources. Annex B, Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR). New York: United Nations, 2000. P. 84-156.
18. Panov A.V., Fesenko S.V., Sanzharova N.I., Aleksakhin R.M. Remediation of zones of local radioactive contamination //Atomic Energy. 2006. V. 100, N 2. P. 123-131. DOI: 10.1007/s10512-006-0059-7.
19. Романович И.К., Стамат И.П., Санжарова Н.И., Панов А.В. Критерии реабилитации объектов и территорий, загрязнённых радионуклидами в результате прошлой деятельности: 1. Выбор показателей для обоснования критериев реабилитации //Радиационная гигиена. 2016. Т. 9, № 4. С. 6-15. DOI: 10.21514/1998-426X-2016-9-4-6-15.
Radiation situation in the area of the State Scientific Centre "Research Institute of Atomic Reactors" before putting a multi-purpose fast neutron reactor into operation.
Part 1. Terrestrial ecosystems
Panov A.V., Isamov N.N., Kuznetsov V.K., Tsygvintsev P.N., Geshel I.V.
Russian Institute of Radiology and Agroecology, Obninsk
The paper presents results of radiation survey of terrestrial (natural and agrarian) ecosystems in the 30-km zone around the State Scientific Centre "Research Institute of Atomic Reactors" (SSC RIAR, Institute) before the commissioning of the fast neutron reactor MBIR. Due to long-term emissions during the RIAR operation, 137Cs was mainly emitted into the environment. The most part of the radionuclide activity never extends beyond the border of the Institute sanitary protection zone. In 2011 the average density contamination of the soil with 137Cs was 11.1+6.5 in the sanitary protection zone (0-5 km), 3.1+2.3 in the observation zone (5-12.5 km), 1.3+0.4 kBq/m2 in the influence zone (12.5-30 km). The 137Cs/90Sr ratio is maximum in the soil cover in the sanitary protection zone -24.5+19.4; it is 8.2+6.8 in the observation zone and it is close to the level of global fallout - 2.0+0.5 in the influence zone. More than 90% of 137Cs is deposited in the 0-5 cm soil layer in forest and meadow cenoses and the radionuclide is deposited at a depth of up to 20 cm in a swamp. The highest 137Cs concentration was found in ecosystems components: in vegetation in the RIAR sanitary protection zone and, to a greater extent, in forest litter. At the initial period of RIAR operation discharges of process water happened, a piece of land of 0.12 km2 was contaminated with 137Cs, 90Sr and 239240Pu. Over the past 15 years (2005-2020), the density of soil contamination with 137Cs and 90Sr in RIAR zones of observation and influence has been decaying in accordance with the radioactive decay law. It means that no significant emissions from the Institute have been registered. The content of artificial radionuclides in agricultural products and foodstuffs of local production fully meets the established radiological standards and does not have a significant effect on the additional exposure of the population living near RIAR. To assess the impact of the SSC "RIAR" activities on the environment and to assess the radiation safety of the MBIR after putting it in operation, a forecast of 137Cs and 90Sr contamination levels in soils of terrestrial ecosystems within 30-km around the Institute until 2080 was made.
Key words: radiation safety, radiation survey, natural ecosystems, agrarian ecosystems, natural and artificial radionuclides, soil, vegetation, contamination density, agricultural products.
References
1. Alexakhin R.M. Topical environmental problems of nuclear power. Atomic Energy, 2013, vol. 114, no. 5, pp. 301-307. DOI: 10.1007/s10512-013-9715-x.
2. New generation nuclear power: radiological consistency and environmental benefits. Eds.: V.K. Ivanov, E.O. Adamov. Moscow, Pero, 2019. 379 p. (In Russian).
3. Koltik I.I. Nuclear power plants and radiation safety. Ekaterinburg, UGTU-UPI, 2001. 368 p. (In Russian).
4. Dragunov Yu.G., Tretyakov I.T., Lopatkin A.V., Romanova N.V., Lukasevich I.B. Multipurpose fast research reactor (MBIR) as an innovate tool for development of nuclear energy technologies. Atomnaya energiya - Atomic Energy, 2012, vol. 113, no. 1, pp. 25-28. (In Russian).
Panov A.V.* - Chief Researcher, D. Sc., Biol., Prof. of RAS; Isamov N.N. - Lead. Researcher, C. Sc., Biol.; Kuznetsov V.K. - Chief Researcher,
D. Sc., Biol.; Tsygvintsev P.N. - Lead. Researcher, C. Sc., Biol.; Geshel I.V. - Researcher. RIRAE.
*Contacts: 109 km, Kievskoe Sh., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249032. Tel. +7(484) 399-69-59; e-mail: riar@mail.ru.
5. Tuzov A.A., Gulevich A.V., Kochetkov L.A., Tret'yakov I.T., Lukasevich I.B., Zvir A.I., Izhutov A.L., Leont'eva-Smirnova M.V., Tselishchev A.V. Potential problems of MBIR in validating new-generation nuclear power facilities and its experimental possibilities. Atomic Energy, 2015, vol. 119, no. 1, pp. 32-36. DOI: 10.1007/s10512-015-0025-3.
6. Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards. IAEA Safety Standards Series No. GSR Part 3. Vienna, IAEA, 2014. 436 p.
7. Panov A.V., Kuznetsov V.K., Isamov N.N., Geshel I.V., Trapeznikov A.V., Korzhavin A.V. Assessment of the influence of BN-800 operation on the radioecological situation in the vicinity of Beloyarsk NPP. Atomic Energy, 2021, vol. 129, no. 5, pp. 297-304. DOI: 10.1007/s10512-021-00751-6.
8. Panov A.V., Trapeznikov A.V., Kuznetsov V.K., Korzhavin A.V., Isamov N.N., Geshel I.V. Radioecological monitoring of agroecosystems in the vicinity of Beloyarsk NPP. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov - Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2021, vol. 332, no. 3, pp. 146-157. DOI: 10.18799/24131830/2021/3/3110. (In Russian).
9. Karpenko E.I., Kuznetsov V.K., Isamov N.N., Solomatin V.M., Tomson A.V., Ratnikova L.I. Radioecological survey of terrestrial and aquatic ecosystems in the area of the Siberian group of chemical enterprises. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2019, vol. 28, no. 3, pp. 63-74. DOI: 10.21870/0131-3878-2019-28-363-74. (In Russian).
10. Solomatin V.M., Aleksakhin R.M., Spirin E.V., Sorokin I.B., Zhivago A.I., Ryzhova L.I. Radioecological state of the agrosphere in the 30-km zone of the Siberian Chemical Combine during the pre-startup period of a prototype power complex. Atomic Energy, 2018, vol. 124, no. 1, pp. 50-53. DOI: 10.1007/s10512-018-0373-x.
11. Environmental Safety reports for 2008-2020. Dimitrovgrad, JSC "SSC RIAR", 2008-2020. (In Russian).
12. Zhemkov I.Y., Izhutov A.L., Novoselov A.E., Poglyad N.S., Svyatkin M.N. Experimental research in BOR-60 and analysis of its continuation in MBIR. Atomic Energy, 2014, vol. 116, no. 5, pp. 338-342. DOI: 10.1007/s10512-014-9862-8.
13. The radiation situation on the territory of Russia and neighboring states in 2002-2020. Yearbooks, 2004-2021. Obninsk, Roshydromet, FSBI "NPO Typhoon", 2004-2021. (In Russian).
14. Sharapova T.V., Tuzov A.A., Teplova T.E. Evaluating application of fractal analysis of environmental radiation monitoring data for description of characteristics of radionuclides migration in the topsoil of the observation area of JSC "SSC RIAR". Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2021, vol. 30, no. 3, pp. 46-55. DOI: 10.21870/0131-3878-2021-30-3-46-55. (In Russian).
15. MR 2.6.1.27-2003. Zona nablyudeniya radiatsionnogo ob"yekta. Organizatsiya i provedeniye radiatsionnogo kontrolya okruzhayushchey sredy: metodicheskiye rekomendatsii [Observation area of the radiation object. Organization and implementation of radiation monitoring of the environment: methodological recommendations]. Moscow, Technormativ, 2007. 70 p.
16. MU 13.5.13-00. Organizatsiya gosudarstvennogo radioekologicheskogo monitoringa agroekosistem v zone vozdeystviya radiatsionno-opasnykh ob"yektov [Organization of state radioecological monitoring of agroecosystems in the zone of influence to radiation hazardous objects]. Moscow, Publisher of the RAAS, 2000. 28 p.
17. Sources and Effects of Ionizing Radiation (Report to the General Assembly with Scientific Annexes). Vol. 1 Sources. Annex B, Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR). New York, United Nations, 2000, pp. 84-156.
18. Panov A.V., Fesenko S.V., Sanzharova N.I., Aleksakhin R.M. Remediation of zones of local radioactive contamination. Atomic Energy, 2006, vol. 100, no. 2, pp. 123-131. DOI: 10.1007/s10512-006-0059-7.
19. Romanovich I.K., Stamat I.P., Sanzharova N.I., Panov A.V. Criteria for rehabilitation of facilities and territories contaminated with radionuclides as a result of past activities: Part 1. The choice of indicators for justification of the criteria for rehabilitation. Radiatsionnaya Gygiena - Radiation Hygiene, 2016, vol. 9, no. 4, pp. 6-15. DOI: 10.21514/1998-426X-2016-9-4-6-15. (In Russian).
